體內(nèi)法和體外法對玉米代謝能的評定效果比較

付 趁,馬慧慧，徐 彬，魏鳳仙，李婷婷，王琳燚，李紹鈺*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 牧醫(yī)工程學(xué)院，河南 鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，河南 鄭州 450002)

體內(nèi)法和體外法對玉米代謝能的評定效果比較

付 趁1,2,馬慧慧2，徐 彬2，魏鳳仙2，李婷婷2，王琳燚2，李紹鈺2*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 牧醫(yī)工程學(xué)院，河南 鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，河南 鄭州 450002)

通過對體外法(仿生消化法)測定的玉米的酶水解物能值(EHGE)與體內(nèi)法(動物試驗(yàn)法)測定的真代謝能(TME)進(jìn)行比較，篩選快速、準(zhǔn)確估測飼料能值的方法。體內(nèi)法采用動物試驗(yàn)法進(jìn)行代謝試驗(yàn)測定TME，選用504只21日齡AA肉仔雞，按體質(zhì)量均分為7個處理，每個處理12個重復(fù)，每個重復(fù)6只雞，其中6個處理分別飼喂6個地區(qū)玉米飼料原料，另外1個處理為饑餓組，測定其內(nèi)源能量代謝，試驗(yàn)期3 d。體外法采用仿生消化法進(jìn)行仿生消化試驗(yàn)測定EHGE，6個地區(qū)玉米飼料原料設(shè)為6個處理，每個處理10個重復(fù)，每個重復(fù)2根消化管。結(jié)果表明：體外法測定的EHGE和體內(nèi)法測定的TME總體上差異不顯著。體外法測定的EHGE的變異系數(shù)在0.21%～0.87%，而體內(nèi)法測定的TEM的變異系數(shù)在0.98%～4.12%，體外法測定的EHGE對體內(nèi)法測定的TME的估計偏差均在2%以內(nèi)，體外法測定的EHGE與體內(nèi)法測定的TME呈顯著線性關(guān)系(R2=0.95)?？梢?，用體外法測定的EHGE具有較高的準(zhǔn)確性，且達(dá)到了估測體內(nèi)法TME的要求，能快速、準(zhǔn)確地評價日糧的代謝能。

體外法； 體內(nèi)法； 代謝能； 玉米

玉米作為能量飼料原料在日糧配方中被廣泛使用，代謝能是評定日糧生物學(xué)效價的重要指標(biāo)之一,客觀、精準(zhǔn)地評定日糧的代謝能是確定動物營養(yǎng)需要量及優(yōu)化飼料配方的重要依據(jù)。多年來，為尋求能反映飼糧養(yǎng)分在動物機(jī)體內(nèi)消化、吸收規(guī)律的快捷且易于標(biāo)準(zhǔn)化的評定方法，各國學(xué)者開展了系統(tǒng)性研究[1-2]，研究結(jié)果為通過體外法模擬動物胃腸道消化快速評定飼糧養(yǎng)分的營養(yǎng)價值提供了重要理論依據(jù)?；谇叭搜芯拷Y(jié)果，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在張子儀院士的指導(dǎo)下，成功研發(fā)了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的，用來模擬豬、禽飼料養(yǎng)分消化的單胃動物仿生消化系統(tǒng)(SDS)，主要是在體外用消化酶模擬飼料在動物胃腸道內(nèi)消化吸收的過程，估測飼料養(yǎng)分的生物學(xué)效價，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確評定飼料生物學(xué)效價的目的。目前，關(guān)于采用體外法評定河南省玉米代謝能值的研究報道較少。為此，選擇河南省不同地區(qū)的玉米作為研究材料，采用體外法和體內(nèi)法測定其代謝能，以期選出能快速、準(zhǔn)確評定日糧代謝能的方法。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)原料

根據(jù)前期調(diào)研及文獻(xiàn)資料，綜合考慮河南省不同地區(qū)的地理位置和氣候差異及玉米種植面積，選擇河南省具有代表性的洛陽、南陽、安陽、鄭州、商丘和濮陽6個地區(qū)作為采樣地，每個采樣地采集5個樣品混合均勻，采用四分法取樣，用萬能粉碎機(jī)粉碎過0.45 mm篩,貯存于樣品袋中，-20 ℃保存，進(jìn)行常規(guī)營養(yǎng)成分檢測和動物試驗(yàn)的真代謝能(TME)測定及仿生消化試驗(yàn)的酶水解物能值(EHGE)測定。

1.2 體內(nèi)法(動物試驗(yàn)法)TME測定方案

1.2.1 供試動物與飼養(yǎng)管理 選取504只健康、體質(zhì)量均勻的21日齡AA肉仔雞(雄性)，依據(jù)體質(zhì)量分為7個處理，每個處理 12 個重復(fù)，每個重復(fù)6只雞，6個處理分別飼喂6個玉米飼料原料,1個處理為饑餓組測定內(nèi)源能量代謝。21～24日齡預(yù)飼試驗(yàn)飼糧，25～27日齡為正式試驗(yàn)期。動物飼養(yǎng)試驗(yàn)在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所肉雞試驗(yàn)基地進(jìn)行，供試雞采用常規(guī)籠養(yǎng)，分上、中、下3層，期間自由采食和飲水，雞舍通風(fēng)良好，其中人工光照、溫濕度和免疫程序按AA肉雞飼養(yǎng)管理操作章程進(jìn)行。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.2.1 糞樣的收集及處理 供試雞在24日齡開始禁食24 h，禁食結(jié)束后安裝糞盤，25～26日齡飼喂試驗(yàn)飼糧并記錄2 d的采食量，27日齡繼續(xù)禁食24 h，禁食期間自由飲水，收糞期為3 d(25～27日齡)，收糞以1個重復(fù)為1個單位，每天收集的糞便挑出羽毛和廢料后，往收集好的排泄物中按0.1 mL/g的量加10%鹽酸，收集正式試驗(yàn)期的排泄物，混合在一起，稱取并記錄排泄物總量，而后鋪平放入65 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒質(zhì)量(以重復(fù)組為單位)，置室溫回潮24 h，稱質(zhì)量并記錄，粉碎后過0.45 mm篩，并充分混勻后裝入樣品袋供分析用。

1.2.2.2 指標(biāo)的測定 測定6個玉米飼料原料的常規(guī)營養(yǎng)成分：干物質(zhì)、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和總能,測定方法參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》(第3版)[3]。測定糞樣的總能，并計算TME。

TME=(EI-EO+FEL)/FI

式中：FI為總采食量(kg)，EI為食入總能(MJ),EO為糞便排出總能(MJ)，F(xiàn)EL為內(nèi)源能量代謝(MJ)。所有含量以干物質(zhì)為基礎(chǔ)。

1.3 體外法(仿生消化法)EHGE測定方案

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計 采用第2代單胃動物仿生消化系統(tǒng)(SDS-2)中雞模擬消化過程，測定6個玉米飼料原料的EHGE。采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計,6個玉米飼料原料設(shè)為6個處理，每批測定1個樣品，每個樣品10個重復(fù)。

1.3.2 操作程序 基于SDS-2的仿生消化操作流程參照單胃動物仿生消化系統(tǒng)操作手冊中雞的消化過程進(jìn)行，包括透析袋的型號及前處理、胃緩沖液、小腸前段緩沖液和小腸后段緩沖液制備[4]。

1.3.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.3.1 消化殘渣的收集及處理 消化結(jié)束后，將消化管取下，將未消化殘渣無損失地轉(zhuǎn)移到與之編號相同的干培養(yǎng)皿中。然后，65 ℃條件下將裝有殘渣的培養(yǎng)皿烘干后，105 ℃條件下烘至恒質(zhì)量。將培養(yǎng)皿中的消化殘渣全部刮下，轉(zhuǎn)移至已知干質(zhì)量的玻璃砂坩堝中，用無水乙醇沖洗殘渣3次(每次約30 mL)，確保殘渣與乙醇充分混合，至濾出液無色為止。同時將帶有殘渣剩余物的培養(yǎng)皿置于105 ℃恒溫箱內(nèi)烘至恒質(zhì)量。將刮取未消化殘渣后的培養(yǎng)皿和帶有脫脂未消化殘渣的玻璃砂坩堝置于105 ℃恒溫箱內(nèi)烘至恒質(zhì)量。將玻璃砂坩堝內(nèi)脫脂未消化殘渣的樣品轉(zhuǎn)移到已知質(zhì)量的稱樣紙上，稱質(zhì)量。同時將帶有脫脂殘渣剩余物的玻璃砂坩堝置于105 ℃恒溫箱內(nèi)烘至恒質(zhì)量。

1.3.3.2 指標(biāo)的測定 測定未水解殘渣的總能，總能的測定方法同1.2.2.2中總能的測定，并計算EHGE。

EHGE=(GE1-GE2)/(M×1 000)

式中：GE1為樣品總熱值(J),GE2為殘渣總熱值(J)，M為上樣飼料干質(zhì)量(g)。所有含量均以干物質(zhì)為基礎(chǔ)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007處理后，采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件中配對樣本t檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。采用Excel 2007軟件對體外法EHGE與體內(nèi)法TME進(jìn)行線性相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 6個玉米飼料原料常規(guī)營養(yǎng)成分的實(shí)測值

6個玉米飼料原料的常規(guī)營養(yǎng)成分實(shí)測值見表1，其中6個玉米樣品干物質(zhì)含量在87.45%～89.32%，粗蛋白含量在7.51%～8.56%，實(shí)測值與農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心報道值、中國飼料成分及營養(yǎng)價值表(2015年第26版)中規(guī)定值相符。

表1 6個玉米飼料原料的常規(guī)營養(yǎng)成分實(shí)測值(風(fēng)干基礎(chǔ))

2.2 體內(nèi)法和體外法測定的6個玉米樣品代謝能比較

由表2可知，體內(nèi)法測定的6個玉米的TME值在15.11～15.48 MJ/kg,平均值為 15.25 MJ/kg；體外法測定的EHGE值在15.03～15.76 MJ/kg,平均值為 15.33 MJ/kg。除樣品5外，其余5個樣品2種方法的測定值差異均不顯著(P>0.05)。通過比較2種測試方法發(fā)現(xiàn)，6個玉米樣品的TME值略低于EHGE值，但總體上差異不顯著(P>0.05)。由此可見，用仿生法估測體內(nèi)法TME值具有較好的準(zhǔn)確性。

表2 體內(nèi)法和體外法測定樣品代謝能值結(jié)果(干物質(zhì)基礎(chǔ)) MJ/kg

注：同列上標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 體內(nèi)法和體外法測定6個玉米樣品代謝能的精度和偏差

從表3可以看出，體外法測定的EHGE的變異系數(shù)在0.21%～0.87%，其平均值在1%內(nèi)；而體內(nèi)法測定的TME的變異系數(shù)在0.98%～4.12%，其平均值超過了1%?？梢姡捎皿w外法測定的6個玉米飼料原料的EHGE的精度高于體內(nèi)法測定的TME。進(jìn)一步分析體外法測定的EHGE對體內(nèi)法測定的TME的估計偏差得出，EHGE對體內(nèi)法測定的TME的估計偏差均在2%以內(nèi)。而體內(nèi)法對代謝能的估計偏差要求一般在10%以內(nèi)。因此，6個玉米樣品體外法測定的EHGE值達(dá)到了估測體內(nèi)法TME的定量水平。

2.4 體內(nèi)法和體外法評定的6個玉米樣品代謝能的線性相關(guān)性

體內(nèi)法和體外法評定的6個玉米飼料原料代謝能的線性相關(guān)性見圖1。經(jīng)回歸分析，體內(nèi)法測定的TME與體外法測定的EHGE之間呈顯著線性關(guān)系(P<0.05)，回歸方程為TME=EHGE×0.48+7.68(R2為0.95)。可以看出，以EHGE值估測TME值的決定系數(shù)R2為0.95,表明因變量體內(nèi)法TME值的總體變異中95%可被自變量體外法EHGE值所解釋，僅有5%的概率是由其他因素引起的。

表3 體內(nèi)法和體外法測定樣品代謝能的精度和偏差(干物質(zhì)基礎(chǔ))

圖1 體內(nèi)法和體外法評定的飼料原料代謝能的線性相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

3.1 不同方法測定6個玉米樣品代謝能的比較

客觀、精準(zhǔn)地評價飼料原料中養(yǎng)分的生物學(xué)效價既是建立動物營養(yǎng)需要量標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化飼料配方的基礎(chǔ)，也是提高畜禽飼糧利用效率、降低飼糧成本及養(yǎng)殖業(yè)節(jié)能減排的重要手段[5]。應(yīng)用動物試驗(yàn)法測定飼料原料中養(yǎng)分的營養(yǎng)價值存在周期較長、受影響因素多和耗資過大等缺點(diǎn)。多年來，各國學(xué)者開展了系統(tǒng)性研究以探索能快捷反映飼料養(yǎng)分在畜禽體內(nèi)消化吸收規(guī)律且易于標(biāo)準(zhǔn)化的評定方法[1-2]。任立芹[6]采用仿生消化法評定了黃羽肉雞的16個常用飼料原料的仿生消化能，結(jié)果表明，仿生消化法的EHGE值與動物試驗(yàn)法的TME值的絕對差值基本在1.0 MJ/kg內(nèi)，2種方法的差異不顯著。劉雨田[7]比較了10個棉粕樣品和10個豆粕樣品的仿生消化法EHGE和動物試驗(yàn)法TME之間的差異，結(jié)果顯示，20個樣品中有17個樣品的仿生消化法EHGE值與動物試驗(yàn)法TME值沒有顯著差異。本研究選擇6個地區(qū)玉米作為研究材料，分別采用體內(nèi)法和體外法測定其代謝能值，結(jié)果表明，體外法測定的EHGE與體內(nèi)法測定的TME總體上差異不顯著，這與趙江濤[8]、鄭衛(wèi)寬[9]和尹玉港[10]研究結(jié)論一致。

3.2 不同方法測定6個玉米樣品代謝能的精度和偏差

王鈺明[11]研究結(jié)果表明，仿生消化法測定的EHGE的變異系數(shù)(0.13%～1.20%)顯著低于動物試驗(yàn)法TME值的變異系數(shù)(1.02%～3.44%)。任立芹[6]的研究也表明，測定的16個飼料原料的仿生消化法EHGE值的變異系數(shù)在 0.2%～1.2%，動物試驗(yàn)法 TME 值的變異系數(shù)在 0.90%～5.76%，兩者的絕對差值基本控制在1 MJ/kg，估計偏差在10%以內(nèi)。表明仿生消化法的測定精度相對于動物試驗(yàn)法較高。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果一致，基于SDS-2所測定的6個玉米飼料原料的體外法EHGE值的變異系數(shù)(0.21%～0.87%)小于體內(nèi)法TME值的變異系數(shù)(0.98%～4.12%),估計偏差符合體內(nèi)法對代謝能的要求(10%)。動物試驗(yàn)法中的動物機(jī)體易受個體生理狀況差異影響，使測定結(jié)果具有較大的偏差。而本研究基于SDS-2，其儀器設(shè)備可準(zhǔn)確定量控制消化過程中的各種參數(shù)(溫度、緩沖液流速、時間等)，同時能減少人為操作所造成的誤差，減小了測定樣品體外代謝能的變異范圍。綜上，在本研究條件下，采用體外法測定的6個地區(qū)玉米飼料原料的代謝能的精度高于體內(nèi)法。

3.3 不同方法評定的6個玉米樣品代謝能的線性相關(guān)性分析

陳亮[12]采用仿生消化法評定的6種常用豬飼料原料的能值與動物試驗(yàn)法測定的能值相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.9以上。任立芹[6]研究結(jié)果顯示，仿生消化法EHGE與動物試驗(yàn)法TME的簡單相關(guān)系數(shù)為0.98。本研究中，體內(nèi)法測定的TME與體外法測定的EHGE呈顯著線性關(guān)系(R2=0.95)。本研究中的R2高于趙峰[13]評定鴨模擬玉米動物試驗(yàn)法TME值對仿生消化法EHGE線性回歸模型的R2(0.88)?？梢?，體外法 EHGE值與體內(nèi)法TME值的線性回歸模型擬合較好，模型可靠性較高。

綜上所述，體外法省時、省力，達(dá)到了估測體內(nèi)法代謝能的要求，能快速、準(zhǔn)確評定日糧中養(yǎng)分的生物學(xué)效價，在現(xiàn)代飼料工業(yè)生產(chǎn)中及養(yǎng)殖業(yè)中推廣應(yīng)用具有可行性。

[1] 張子儀，聶光達(dá).豬飼料消化能值的離體測定方法及其生物學(xué)試驗(yàn)根據(jù)[J].中國畜牧雜志,1986(1):5-9.

[2] Regmi P R,Sauer W C,Zijlstra R T.Prediction ofinvivoapparent total tract energy digestibility of barley in grower pigs using aninvitrodigestibility technique[J].Journal of Animal Science,2008,86(10):2619-2626.

[3] 張麗英.飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)[M].3版.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2007:60-61.

[4] 趙峰,張宏福,張子儀.單胃動物仿生消化系統(tǒng)操作手冊[M].2版.北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2011.

[5] 張宏福,趙峰,張子儀.仿生消化法評定豬飼料動物試驗(yàn)效價的研究進(jìn)展[J].飼料與畜牧,2011(3):5-9.

[6] 任立芹.仿生法評定黃羽肉雞常用飼料代謝能和可消化氨基酸研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2012.

[7] 劉雨田.基于仿生消化系統(tǒng)的酶法測定雞蛋白質(zhì)飼料代謝能值的研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2010.

[8] 趙江濤.豆粕鴨代謝能值的酶學(xué)評定方法研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2003.

[9] 鄭衛(wèi)寬.用仿生消化儀測定棉粕鴨真代謝能值的研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2009.

[10] 尹玉港.鴨飼料脂肪體外模擬消化方法的研究[D].揚(yáng)州:揚(yáng)州大學(xué),2011.

[11] 王鈺明.豬模擬小腸液的制備及仿生消化法測定飼料可消化養(yǎng)分含量的研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2015.

[12] 陳亮.豬常用飼料能量和粗蛋白質(zhì)消化率仿生評定方法的研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2013.

[13] 趙峰.用酶法評定鴨飼料代謝能的方法學(xué)研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2006.

Comparative Study of Evaluation of Maize Metabolizable Energy With In Vivo Method and In Vitro Method

FU Chen1,2,MA Huihui2,XU Bin2,WEI Fengxian2,LI Tingting2,WANG Linyi2,LI Shaoyu2*

(1.Engineering College of Animal Husbandry and Veterinary Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;2.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Science,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

Experiments were conducted to measure the enzymatic hydrolysate of gross energy(EHGE) of maize withinvitromethod,and the results were compared with the ture metabolizable energy(TME) withinvivomethod,so as to get the rapid and accurate evaluation of metabolizable energy.Invivoexperiment,504 Arbor Acres(AA) broilers at the age of 21 d were selected and divided into 7 treatments with 12 replicate,and each repetition had 6 chicks.The 6 treatments were fed with maize in 6 areas,respectively,another treatment was hungry for 3 days to measure its internal energy metabolism.Invitroexperiment,6 treatments consisted of 6 maize diets were used in a single factorial completely randomized arrangement,respectively,each treatment contained 10 repetitions with 2 digestion tube per repetition.The results showed that there was no significant difference between EHGE and TME values.The coefficient of variation of EHGE was between 0.21% and 0.87%,while the coefficient of variation of TME was between 0.98% and 4.12%,moreover,the estimation bias of EHGE to TME were both within 2%.The correlation coefficient between EHGE and TME values of 6 maize samples was 0.95.In conclusion,it was acceptable to estimate TME with EHGE for its high accuracy,and the precision of EHGE had reached the requirement of TME.The metabolizable energy of diets could be evaluated rapidly and accurately withinvitromethod.

invitromethod;invivomethod; metabolizable energy; maize

2016-07-20

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-42);河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新專項

付 趁(1986-),女,河南蘭考人,在讀碩士研究生,研究方向:動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)。 E-mail:fuchen8609@163.com

*通訊作者：李紹鈺(1965-),男,湖北麻城人,研究員,博士,主要從事動物營養(yǎng)與飼料方面的研究。 E-mail:lsy9617@aliyun.com

S816

A

1004-3268(2017)02-0127-05